(57)【要約】【課題】  空気を供給するに際し、消費電力の小さな補機でも使用可能な電池構造をもつ燃料電池を提供する。【解決手段】  燃料電池１０は、単電池１、単電池１の酸化剤極側の外側に配される酸化剤極流路部材２、および単電池１の燃料極側の外側に配される燃料極流路部材３が繰り返し積層された固体高分子電解質型燃料電池であり、酸化剤極流路部材２を挟んで酸化剤極が対向し、燃料極流路部材３を挟んで燃料極が対向するように積層されていることを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜を挟んで配される燃料極および酸化剤極と、前記燃料極および前記酸化剤極の外側に配される集電板と、前記燃料極の外側に配された前記集電板の外側に配される燃料極流路部材と、前記酸化剤極の外側に配された前記集電板の外側に配される酸化剤極流路部材とを備え、前記燃料極流路部材を挟んで前記燃料極が対向し、前記酸化剤極流路部材を挟んで前記酸化剤極が対向するように繰り返し積層された燃料電池であって、
前記集電板は、片面が複数の貫通孔が設けられた集電部を有する集電面で、他方面が電気的に絶縁する機能を有する絶縁面であり、かつ、前記集電面が前記燃料極又は前記酸化剤極に対向し、前記絶縁面が前記燃料極流路部材又は前記酸化剤極流路部材に対向しており、
前記燃料極流路部材および前記酸化剤極流路部材は、それぞれ側面に配された前記集電板の前記貫通孔を介して、前記燃料極と前記酸化剤極にそれぞれ燃料と酸化剤が供給され、
前記酸化剤極流路部材の厚みが１．２ｍｍ以上であることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
対向する前記酸化剤極に酸化剤を供給する前記酸化剤極流路の１あたりの断面積が１．２ｍｍ２以上であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記酸化剤極流路部材は、櫛歯形状とすることにより酸化剤の流路を形成していることを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記櫛歯形状とすることにより形成された酸化剤の流路は、酸化剤の出入ができるようにその両端部が外部に露出して開放されていることを特徴とする請求項３記載の燃料電池。
【請求項５】
前記酸化剤極流路部材は、酸化剤の流路となる厚み方向の貫通孔を有し、かつ、酸化剤を外部から出入するための前記貫通孔に連通した開口部を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記酸化剤極流路部材の最外形形状は、長方形状であり、前記酸化剤の流路が短辺に平行に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記燃料極流路部材は、燃料の流路となる厚み方向の貫通孔を有し、かつ、燃料を外部から出入するための前記貫通孔に連通した開口部を有していることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記集電板は、複数の金属板とその両面に貼り合わせた樹脂製の絶縁シートとから構成されており、かつ、前記複数の金属板が前記樹脂製の絶縁シート上に間隔をあけて配置されることにより複数の集電板が同一平面上に一体化して形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記一体化して形成された複数の集電板を連結部分で折り曲げて前記燃料極および前記酸化剤極を挟み込んで積層されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記一体化して形成された複数の集電板を連結部分で折り曲げて前記燃料極流路部材又は前記酸化剤極流路部材を挟み込んで積層されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記燃料電池は、空気ファンが設けられた筐体に収容されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項１２】
前記燃料電池は、ダイレクトメタノール型燃料電池であることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子電解質型燃料電池に関し、特に、酸化剤ガスとして空気を供給するに際し、消費電力の小さな補機（供給装置）でも使用可能な電池構造をもつ固体高分子電解質型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、化学変化を直接に電気エネルギーに変えることができることから高効率であり、また、窒素や硫黄などを含む燃料を燃焼しないので、大気汚染物質（ＮＯｘ、ＳＯｘ等）の排出量が少なく地球環境に優しいという特長を有する。この燃料電池には、固体高分子電解質型（ＰＥＦＣ）、リン酸型（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩型（ＭＣＦＣ）、固体酸化物型（ＳＯＦＣ）等がある。特に、固体高分子電解質型燃料電池は、自動車や一般家庭等の電力用、モバイル機器電源や無停電電源として、将来普及することが期待されている。
【０００３】
図１６は、液体燃料を用いる燃料電池のうち、メタノールを燃料とする燃料電池の発電原理図を示す。このような電池は、ダイレクトメタノール型燃料電池(ＤＭＦＣ)と呼ばれている。
【０００４】
燃料であるメタノールは水と混合した状態で燃料極に供給され、触媒によって水素イオンになり、同時に二酸化炭素(ＣＯ２)ガスを発生する。水素イオンは、固体高分子電解質膜中を対極側に移動する。そのときイオン化した際の電子と酸化剤である酸素と水素イオンが空気極（酸化剤極）で反応し、水を生成する。この一連の反応で発電が行われ、電気エネルギーを取り出すことができる。
【０００５】
液体燃料及び空気（酸化剤ガス）は、各々の物質が通過できる流路を備えた流路部材によってそれぞれの極に供給され、この流路部材は発電に際して発生（生成）する水やガスの排出も担う。
【０００６】
図１７は、従来の燃料電池（ＤＭＦＣ）セルの構成を示す概略図である。この燃料電池セル１０１は、固体高分子電解質膜１１０と、固体高分子電解質膜１１０の一方の面に設けられた燃料極１１１と、固体高分子電解質膜１１０の他方の面に設けられ、固体高分子電解質膜１１０および燃料極１１１とともにＭＥＡ（Membrane of Electrolyte Assembly)１１３を形成している空気極（酸化剤極）１１２と、ＭＥＡ１１３の一方の面に対して複数の燃料流路１１４を有する金属セパレータ１１５と、ＭＥＡ１１３の他方の面に対して複数の空気（酸化剤ガス）流路１１６を有する金属セパレータ１１７と、金属セパレータ１１５，１１７間に介在し、ＭＥＡ１１３の周囲を封止する部材（シール部材）としてのガスケット１１８，１１９とを備える。このような燃料電池セル１０１は、通常、発電量増加のため、複数積層して使用される。
【０００７】
図１８は、従来の燃料電池の積層状態を示す概念図である。従来の燃料電池において、燃料極（アノード、図１８において「−」で示す）と空気極（カソード、図１８において「＋」で示す）の配列（積層状態）は、燃料極と空気極とが交互に、すなわち直列に配列されている。
【０００８】
ＤＭＦＣは、液体燃料であるメタノールを使用して電気エネルギーを取り出せるために、現在、二次電池を使用している小型携帯機器への利用が期待され、一部で実用化しつつある。燃料電池車への適用検討が最近、急速に進んできている燃料電池として燃料に水素ガスを用いたＰＥＦＣがある。水素ガスを供給するためには、例えば、メタノールや天然ガスを用いて改質器によって発生させた水素含有ガスを用いる方法があるが、この場合、電池システムが大型化しやすく、現段階で携帯機器に使用するのは、必ずしも適当でない。
【０００９】
これに対し、ＤＭＦＣでは、直接メタノールから水素イオンを取り出せるために、大幅に電池システムが小型化できる可能性を持っている。しかし、反面では水素ガスを燃料としたＰＥＦＣなどに比べて単電池（燃料電池セル）あたりの出力密度が低いため、現在、適用は携帯機器等の消費電力の小さな機器に限られて提案されている。また、液体燃料としてはメタノール以外にもジメチルエーテルなど使用可能な液体燃料があり、それぞれに実用化が研究されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
特許文献１に記載の発明は、ＤＭＦＣの小型化、システムの簡素化を主眼に発明されたもので、発電に伴って生成する二酸化炭素ガス(ＣＯ２)を排出する流路を燃料極側に形成することで、気体と液体を分離する装置が不要になり、ＤＭＦＣシステムが簡素化、小型化できることを特徴としている。
【００１１】
また、図１８に示すような従来の燃料電池の積層状態においては、隣り合う燃料電池セルの間に、燃料と酸化剤が混合しないように分離して供給する必要があり、燃料および酸化剤の供給経路ならびに排出物の排出経路が複雑に構成されるというデメリットがある。これに対し、特許文献２に記載の発明は、燃料電池セルのカソード側またはアノード側が間隔を置いて対向するように設置されることにより、酸化剤または燃料を供給する分配構造部が簡素になると提案している（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−１７５８１７号公報
【特許文献２】特表２００２−５４４６５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、特許文献１に記載の燃料電池は、セパレータ部分はモールド黒鉛樹脂製で、空気流路はその表面に切削して形成されているため、空気流路を十分に確保できず、電池出力を大きくする目的で多積層構造をとった際に空気を供給すると、流路での圧力損失が発生する。このため、圧力損失分を超える圧力差で、空気を供給する必要があり、供給装置の消費電力が増加する。この結果、電池からの出力で駆動する補機（空気供給ポンプ等）の消費電力が増加し、燃料電池システム全体としての出力が低下してしまうという問題があった。特に、電池出力を維持しつつ小型化が要求されるＤＭＦＣにおいては、補機（空気供給ポンプ等の供給装置）の消費電力が大きいことが問題となる。
【００１３】
空気供給装置の消費電力が大きくなる原因は、燃料電池が発電に必要とする空気量を供給する際に、電池側での圧力損失が発生し供給圧力を高くとらなくてはならないためである。電池内流路（特に、酸化剤ガス流路）の圧力損失が低減すれば、必要とされる空気流量を確保し、かつ消費電力を抑える補機として、ファンのような供給装置を選定することが可能となる。言い換えると、これを実現する為には、ファン等が使用可能な電池構造を実現する必要がある。
【００１４】
また、従来の積層構造によれば、上述（図１８）のように、直列配列であったため、隣接する電極が燃料極と空気極であり双方で供給対象が異なるため、燃料や空気の供給ラインが煩雑となり、燃料電池の製造コスト高の要因となっていた。
【００１５】
一方、特許文献２に記載の燃料電池は、燃料電池セルのカソード側またはアノード側が間隔を置いて対向するように設置されることにより、酸化剤または燃料を供給する分配構造部が簡素になると提案されているが、カソードおよびアノードに面する流路の構成が開示されておらず、流路（特に、カソード側、空気極側）での圧力損失が低減される保証が無い。
【００１６】
従って、本発明の目的は、空気を供給するに際し、消費電力の小さな補機でも使用可能な電池構造をもつ燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、上記目的を達成するため、固体高分子電解質膜を挟んで配される燃料極および酸化剤極と、前記燃料極および前記酸化剤極の外側に配される集電板と、前記燃料極の外側に配された前記集電板の外側に配される燃料極流路部材と、前記酸化剤極の外側に配された前記集電板の外側に配される酸化剤極流路部材とを備え、前記燃料極流路部材を挟んで前記燃料極が対向し、前記酸化剤極流路部材を挟んで前記酸化剤極が対向するように繰り返し積層された燃料電池であって、前記集電板は、片面が複数の貫通孔が設けられた集電部を有する集電面で、他方面が電気的に絶縁する機能を有する絶縁面であり、かつ、前記集電面が前記燃料極又は前記酸化剤極に対向し、前記絶縁面が前記燃料極流路部材又は前記酸化剤極流路部材に対向しており、前記燃料極流路部材および前記酸化剤極流路部材は、それぞれ側面に配された前記集電板の前記貫通孔を介して、前記燃料極と前記酸化剤極にそれぞれ燃料と酸化剤を供給され、かつ、前記酸化剤極流路部材の厚みが１．２ｍｍ以上であることを特徴とする燃料電池を提供する。
【００１８】
上記の本発明は、以下の特徴を有する発明を含む。
（１）前記酸化剤極流路部材は、その酸化剤極流路の１あたりの断面積が１．２ｍｍ２以上である。
（２）前記酸化剤極流路部材は、櫛歯形状とすることにより酸化剤の流路を形成している。
（３）前記櫛歯形状とすることにより形成された酸化剤の流路は、酸化剤の出入ができるようにその両端部が外部に露出して開放されている。
（４）前記酸化剤極流路部材は、酸化剤の流路となる厚み方向の貫通孔を有し、かつ、酸化剤を外部から出入するための前記貫通孔に連通した開口部を有している。
（５）前記酸化剤極流路部材は、長方形状であり、前記酸化剤の流路が短辺に平行に形成されている。
（６）前記燃料極流路部材は、燃料の流路となる厚み方向の貫通孔を有し、かつ、燃料を外部から出入するための前記貫通孔に連通した開口部を有している。
（７）前記集電板は、複数の金属板とその両面に貼り合わせた樹脂製の絶縁シートとから構成されており、かつ、前記複数の金属板が前記樹脂製の絶縁シート上に間隔をあけて配置されることにより複数の集電板が同一平面上に一体化して形成されている。
（８）前記一体化して形成された複数の集電板を連結部分で折り曲げて前記燃料極および前記酸化剤極を挟み込んで積層されている。
（９）前記一体化して形成された複数の集電板を連結部分で折り曲げて前記燃料極流路部材又は前記酸化剤極流路部材を挟み込んで積層されている。
（１０）前記燃料電池は、空気ファンが設けられた筐体に収容されている。
（１１）前記燃料電池は、ダイレクトメタノール型燃料電池である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の燃料電池によれば、空気を供給するに際し、消費電力の小さな補機でも使用可能な電池構造をもつ燃料電池を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
〔燃料電池の全体構成〕
図１は、本発明の実施の形態に係る燃料電池の構造を示す概略図である。燃料電池１０は、単電池１と、単電池１で（単電池１の空気極側に接して）両側を挟まれた空気極流路部材２と、単電池１で（単電池１の燃料極側に接して）両側を挟まれた燃料極流路部材３とを有して構成される。すなわち、空気極流路部材２、単電池１、燃料極流路部材３、単電池１、空気極流路部材２、単電池１、燃料極流路部材３、を繰り返した積層構造を有する。
【００２１】
図２は、本発明の実施の形態に係る燃料電池の積層状態を示す概念図である。本実施の形態においては、燃料極（アノード）と空気極（カソード）の配列（積層状態）に特徴を有し、アノード（図２において「−」で示す）およびカソード（図２において「＋」で示す）は積層するに際し、アノード、カソード、カソード、アノード、アノード、カソード、カソード、というように、それぞれアノード同士、カソード同士が対向した（隣り合った）配列となっている。対向した（隣り合った）アノード同士およびカソード同士は、電気的に絶縁されている。したがって、図２において矢印で示される集電配線が必要となる。なお、図２における空気極側集電板と燃料極側集電板の間の一点鎖線で示した部分に流路部材が配置される。
【００２２】
（単電池の構成）
図３は、本発明の実施の形態に係る燃料電池を構成する単電池の構造を示す概略図である。単電池１は、高分子電解質膜、触媒部、及びガス拡散（分散）層の複合体から構成されるＭＥＡ（Membrane of Electrolyte Assembly)４を集電板５で挟んで構成されている。
【００２３】
図４は、本発明の実施の形態における単電池を構成する集電板の構造を示す概略図である。（ａ）は、ＭＥＡに接する側の面を示し、（ｂ）は、流路部材に接する側の面を示している。
【００２４】
集電板５は、金属板５Ａと、金属板５Ａの両面に貼り合わせられる樹脂製の絶縁シート５Ｂとから構成されている。図４（ａ）に示されるように、集電板５のＭＥＡ４に接する側の面は、絶縁シート５Ｂが周縁部を残して除去され、電気的に導通するように金属板５Ａが露出されている。そして、金属板５Ａが露出された集電部には、流路部材に接する側の絶縁シート５Ｂをも貫通した複数の貫通孔５Ｃが設けられている。貫通孔５Ｃの数や位置は特に限定されるものではないが、圧力損失が増大しない程度の大きさの小さな孔を集電部全体に万遍なく存在させることが望ましい。また、貫通孔５Ｃの形状も円形に限られず、四角形等であってもよい。
【００２５】
集電板５の集電部に設けられた複数の貫通孔５Ｃは、燃料極においては液体燃料をＭＥＡ４の触媒部に供給するための通り道であり、発電中に発生する二酸化炭素（ＣＯ２）ガスを抜く為の通り道でもある。一方、空気極側では空気をＭＥＡ４の触媒部に供給するための通り道であり、それと同時に発電によって発生（生成）する水を抜くための通り道でもある。
【００２６】
（流路部材の構成）
図５は、本発明の実施の形態に係る燃料電池を構成する流路部材の構造を示す概略図である。（ａ）は、空気極流路部材を示し、（ｂ）は、燃料極流路部材を示している。
【００２７】
空気極流路部材２は、燃料通過用のマニホールド部（供給）２Ａ１，マニホールド部（排出）２Ａ２が長方形状の板材の短辺側の端部に形成され、空気（酸素）の流路となる複数の流路部２Ｂが短辺と平行に、かつ櫛歯状に形成されている。流路部２Ｂは長辺と平行に形成してもよいが、圧力損失を低減させるために短辺と平行に形成することが望ましい。
【００２８】
電池として積層された状態で、マニホールド部２Ａ１，２Ａ２は電池の積層方向（図５において、紙面に垂直方向）につながっている。また、空気極流路部材２においては、マニホールド部２Ａ１，２Ａ２の外周部にシール部材を配置する。
【００２９】
流路部２Ｂに供給された空気は、両側に配置された単電池１の空気極へ集電板５の貫通孔５Ｃを介して供給される。空気は、電池として組立てた状態で流路部２Ｂの外側に露出した箇所から供給され、その反対側で同様に電池外側に露出した箇所から排出される。
【００３０】
図６は、図４および図５に記載の電池部材を重ねた様子を示す図である。電池部材を重ねた状態において、空気極流路部材２の流路部２Ｂは、櫛歯の両端部（図６では右左端）において、電池の外部に対して露出して開放するように形成されている。このように形成したことで、積層した流路全てに同時に空気を供給することができる。
【００３１】
なお、流路が狭い（即ち、空気極流路部材２の厚さが小さい）と圧力損失が増大して全流路に空気を供給できなくなってしまう恐れがあるため、空気極流路部材２の厚みを１．２ｍｍ以上にすることが望ましい。また、空気極流路の１あたりの断面積を１．２ｍｍ２以上にすることが望ましい。より望ましくは、空気極流路部材２の厚みおよび空気極流路の１あたりの断面積を、それぞれ１．５ｍｍ以上、１．５ｍｍ２以上とする。この場合、空気供給用補機はファン等であっても可能で、大流量、低消費電力による空気供給を実現できる。厚みの上限は特に限定されないが、設置スペースに応じて適宜設定可能である。なお、空気極流路部材２の厚みが１．２ｍｍより小さく、および／または、空気極流路の１あたりの断面積が１．２ｍｍ２より小さくなった場合、発電に伴う生成水による空気極流路の閉塞、空気極流路の断面積の減少、および低消費電力の空気ファンの利用（一般的に、低消費電力の空気ファンは、静圧が小さい）という要因が複合的に影響して、燃料電池の安定的な発電が不能となる。
【００３２】
また、空気極流路部材２の形状は、櫛歯状に限定されるものではなく、流路部２Ｂに貫通孔或いはスリット等を設け、空気極流路部材２の両面に空気が供給可能な構造となっていればよい。例えば、図５（ａ）において、右側端部を左側端部と同様に長辺方向に連結すると、貫通孔が８つ形成された状態となる。このとき、集電板を重ねた場合においても流路部（貫通孔）の両端部が外部に露出し、左右から空気の出入が可能となるように、空気極流路部材２の短辺幅を大きくして形成する、もしくは、空気極流路部材２の図５（ａ）における左右側面に流路部（貫通孔）に通じる開口部を設ける必要がある。また、例えば、左右端部の連結部に換えて、中央部のみで長辺方向へ連結した場合（魚の骨形状）には、空気の流路を遮るこの中央連結部に開口部を設け、空気の通り抜けを可能とさせる。
【００３３】
燃料極流路部材３は、燃料の出入口となるマニホールド部（供給）３Ａ１，マニホールド部（排出）３Ａ２が長方形状の板材の短辺側の端部に形成され、燃料の流路となる流路部３Ｂが板材全体に蛇行して形成されている。流路部３Ｂは、連通路３Ｃを介してマニホールド部３Ａ１，３Ａ２と連通されている。流路部３Ｂは、両表面に溝を形成することにより設けても、厚み方向に貫通させて設けてもよい。また、燃料極流路部材３が長方形である場合に、図５では、短辺方向に蛇行する（長い直線部分が長辺に平行な）流路としたが、長辺方向に蛇行する（長い直線部分が短辺に平行な）流路としてもよい。
【００３４】
電池として積層された状態で、マニホールド部３Ａ１，３Ａ２は電池の積層方向（図５において紙面に垂直方向）につながっている。
【００３５】
流路部３Ｂに供給された燃料は、両側に配置された単電池１の燃料極へ集電板５の貫通孔５Ｃを介して供給される。燃料は連続的にマニホールド部３Ａ１のうちのひとつから、図５において紙面に垂直方向に供給され、マニホールド部３Ａ２から排出される。マニホールド部３Ａ１に通じる開口溝や開口孔を側面に形成して、図５において紙面に平行方向から燃料を供給してもよい。
【００３６】
電池を組立てる際に、燃料極流路部材３を積層する場合は、このマニホールド部３Ａ１，３Ａ２、流路部３Ｂ、および連通路３Ｃの外周にシール材を配置し、燃料が電池外部に洩れないようにする。
【００３７】
空気極流路部材２および燃料極流路部材３は、該燃料電池の使用環境での耐熱性、耐食性、機械的強度を有する材料であれば特に限定されない。すなわち、プラスチック材料、セラミックス材料、金属材料を適用することができる。また、形状も長方形に限らず、正方形等、種々の形状が適用でき、特に限定されるものではない。空気極流路の圧力損失が低減される形態に形成できれば良い。
【００３８】
〔燃料電池の使用態様〕
図７は、本発明の実施の形態の燃料電池の使用態様の具体例を示す図である。燃料電池１０は、筐体６に収容され、筐体６に設置された空気ファン７により、空気が供給される。空気ファン７からの空気は、空気極流路部材２に形成した流路部２Ｂの一部が電池外部に露出した部分から電池内部に流入し、積層した流路全てに同時に供給され、電池の反対面の露出部から排出される。
【００３９】
図８は、本発明の実施の形態の燃料電池における燃料移動方向の１例を示す断面模式図である。図８に示す矢印は、燃料移動方向を示している。燃料極流路部材３の流路部に供給された燃料は、隣接する単電池１の燃料極へ供給される。一方、空気移動方向は、空気極流路部材２の流路部２Ｂにおいて図８の紙面垂直方向である。
【００４０】
（本発明の実施の形態の効果）
本発明の実施の形態によれば、下記の効果を奏する。
（１）空気極流路部材２が所定の厚さ（即ち、１．２ｍｍ以上）を有すること（望ましくは、空気極流路部材２の厚さおよび空気極流路の１あたりの断面積が、それぞれ１．２ｍｍ以上、１．２ｍｍ２以上であること）により空気供給時の圧力損失が低減されるので、空気供給側で消費電力がより小さな補機（空気ファン等）を使用できる。このため、補機による電力損失の少ない高出力なＤＭＦＣ電源を実現できる。
（２）消費電力のより小さな補機、すなわち、容積のより小さな補機が使用できることで、システムとしての体積をコンパクトにできる。
（３）上記（１）及び（２）の組合わせにより、システムの体積出力密度を向上でき、携帯機器用途向けとしてより高性能化できる。
（４）燃料極および空気極がそれぞれ燃料極同士、空気極同士が対向しているため、燃料極および空気極への燃料や空気の供給ラインが共用できる。したがって、構造が簡素化でき、低コスト化が可能となる。
【実施例１】
【００４１】
実施例では、ノートＰＣ用電源を対象として約１２Ｗ以上の電源システムからの出力を想定して設計した。
【００４２】
（燃料電池の作製）
まず、図４に示す集電板５を以下のようにして作製した。短辺（図４で左右方向）３０ｍｍ、長辺（図４で上下方向）７８ｍｍ、板厚０．１ｍｍのチタン板を用い、導電性表面処理（例えば、特開平１０−２２８９１４号公報に開示された表面処理）を施した後、この両面に厚さ０．０３５ｍｍのポリイミドシート（絶縁シート）５Ｂを貼り合せた。貼り付けたポリイミドシート５Ｂの片面について、電気的に導通するように周縁部以外の部分（集電部５Ａ）のポリイミドシート５Ｂを除去した。触媒部及び集電部５Ａのサイズは２５ｍｍ×７５ｍｍとした。また、集電部５Ａの片面（反対面）に貼り付けられているポリイミドシート５Ｂも貫通する多数（図４では、７個×１３個）の貫通孔を集電部５Ａに万遍なく設けた。貫通孔の直径は１．５ｍｍとした。
【００４３】
作製した２枚の集電板５の間に高分子電解質膜（ナフィオン（登録商標））、触媒部、及びガス拡散層の複合体からなるＭＥＡ４を集電部５Ａで挟み燃料電池の最小単位である、単電池１を形成した。
【００４４】
次に、アクリルを用いて作製した図５に示すような空気極流路部材２および燃料極流路部材３を用意した。ここで、空気極流路部材２の外形サイズは、３５ｍｍ×８５ｍｍ×１．５ｍｍであり、流路部２Ｂの幅（図５（ａ）で上下方向）は１ｍｍ、流路部２Ｂの深さ（空気極流路部材２の厚み）は１．５ｍｍ、流路部２Ｂのピッチは２．５ｍｍ、流路部２Ｂの長さ（図５（ａ）で左右方向）は３２．５ｍｍ、空気極流路部材２の１枚あたりの流路部２Ｂの数は３０である。また、燃料極流路部材３の外形サイズは、３０ｍｍ×８５ｍｍ×０．５ｍｍであり、流路部３Ｂの幅は５ｍｍ、流路部３Ｂの深さ（燃料極流路部材３の厚み）は０．５ｍｍ、流路部３Ｂの長さは２８５ｍｍ、燃料極流路部材３の１枚あたりの流路部３Ｂの数は１である。
【００４５】
作製した単電池１を空気極流路部材２の両側に、空気極側を対向させて配置し、その外側に燃料極流路部材３を配置した。さらにその外側に単電池１の燃料極側を配置して、また外側に空気極流路部材２をというように、空気極、及び燃料極を各々交互に同じ極を対向させて順番に、図１に示すように２０個の単電池１を積層して燃料電池１０を作製した。なお、燃料極流路部材３と単電池１の燃料極との間、および燃料極流路部材３と空気極流路部材２の間には、シール部材を介在させた。本電池での空気極同士の距離（空気極流路部材２の厚み）は１．５ｍｍで、燃料極同士の距離（燃料極流路部材３の厚み）は０．５ｍｍであり、２０セルを積層した電池の厚みは、約４７ｍｍとなった。
【００４６】
作製した燃料電池１０を図７に示すような筐体６で覆い、その端部には空気ファン７（山洋電気株式会社製、型番：１０９ＢＣ１２ＨＡ７）を設置した。
【００４７】
（燃料電池の評価）
この燃料電池１０にメタノール（３質量％）燃料をポンプ（株式会社榎本マイクロポンプ製作所製、型番：ＣＭ−１５Ｗ−１２）で供給し、空気を空気ファン７で供給（送風量：約０．０７ｍ３/ｍｉｎ、燃料電池内部での代表的な空気温度：約５０℃）しながら発電した結果、燃料電池１０からの出力は１８．８Ｗが得られた。燃料ポンプの消費電力が１Ｗ、空気ファンの消費電力が２Ｗであったので、電池システムからの出力は１５．８Ｗが得られた。この時の電池システムの体積は約３０４ｃｍ３であるので、体積あたりの出力密度は約５２Ｗ/Ｌであった。
【実施例２】
【００４８】
（燃料電池の作製）
図９は、実施例２に係る燃料電池に使用する集電板の構造を示す概略図である。図１０は、実施例２に係る燃料電池の作製過程の一部を示す工程図である。
【００４９】
本実施例では、図９および図１０に示したように、集電板の配置を縦に５個ずつ４ブロック分（１５ａ〜１５ｄ）が隣り合うように配置し、これら集電板（１５ａと１５ｂ、１５ｃと１５ｄ）から形成される単電池１０個がそれぞれ直列に接続されるような集電配線１５Ｄがなされた集電板（集電板の集合体）１５を作製した。
【００５０】
まず、図１０に示したような、長辺（図１０で左右方向）４５０ｍｍ、短辺（図１０で上下方向）１６０ｍｍ、板厚０．１ｍｍのチタン板を用い、導電性表面処理（例えば、特開平１０−２２８９１４号公報に開示された表面処理）を施した後、この両面に厚さ０．０３５ｍｍのポリイミドシート５Ｂを貼り合せた。貼り付けたポリイミドシート５Ｂの片面について、電気的に導通するように各集電板の周縁部以外の部分のポリイミドシート５Ｂを除去して集電部（集電部１５Ａのサイズは２０ｍｍ×９０ｍｍ）を形成した。
【００５１】
また、集電部の片面（反対面）に貼り付けられているポリイミドシート５Ｂも貫通する多数（図９では、３個×１１個×図の上下方向に５つ）の貫通孔を集電部にあけた。貫通孔の直径は１．５ｍｍとした。また、集電板１５ｂと集電板１５ｃの間を折り曲げ易いように端部を残して長方形状の貫通孔１５Ｅ（５ｍｍ×１５０ｍｍ）を設けた（図１０）。
【００５２】
作製した集電板１５を構成する集電板１５ｂ、１５ｃの上に、高分子電解質膜（ナフィオン（登録商標））、触媒部（各触媒部のサイズは、それぞれ２０ｍｍ×９０ｍｍ）、及びガス拡散層の複合体からなるＭＥＡ１４をそれぞれ載せて集電板１５ａ、１５ｄを図１０（ａ）の紙面の手前側へ折り返してＭＥＡ１４を挟み、図１０（ｂ）に示す集電板モジュール１８を作製した。
【００５３】
続いて、図１０（ｃ）に示すように、集電板モジュール１８の空気極側を内側にして、空気極流路部材２を挟みこんだ。この外側に燃料極流路部材３を配置し、さらにその外側に単電池の燃料極側を配置し、さらにその外側に空気極流路部材２をというように、空気極、及び燃料極を各々交互に同じ極を対向させて順番に、４層積層して全体で２０セルの燃料電池を作製した。
【００５４】
ここで、空気極流路部材２の外形サイズは、１２０ｍｍ×１７５ｍｍ×２ｍｍであり、流路部２Ｂの幅（図１０（ｃ）で上下方向）は２ｍｍ、流路部２Ｂの深さ（空気極流路部材２の厚み）は２ｍｍ、流路部２Ｂのピッチは４．８ｍｍ、流路部２Ｂの長さ（図１０（ｃ）で左右方向）は１１５ｍｍ、空気極流路部材２の１枚あたりの流路部２Ｂの数は２５である。また、燃料極流路部材３の外形サイズは、１１０ｍｍ×１７５ｍｍ×０．５ｍｍであり、流路部３Ｂの幅は２１ｍｍ、流路部３Ｂの深さ（燃料極流路部材３の厚み）は０．５ｍｍ、流路部３Ｂの長さは５６０ｍｍ、燃料極流路部材３の１枚あたりの流路部３Ｂの数は１である。なお、燃料極流路部材３と単電池１の燃料極との間、および燃料極流路部材３と空気極流路部材２の間には、シール部材を介在させた。
【００５５】
本電池での空気極同士の距離（空気極流路部材２の厚み）は２ｍｍで、燃料極同士の距離（燃料極流路部材３の厚み）は０．５ｍｍであり、２０セルを積層（直列接続）した電池の厚みは、約１３．５ｍｍとなった。
【００５６】
燃料電池全体を実施例１と同様な筐体６で覆い、その端部には空気ファン７（山洋電気株式会社製、型番：１０９ＢＣ１２ＨＡ７）を設置した。
【００５７】
（燃料電池の評価）
この燃料電池にメタノール（３質量％）燃料をポンプ（株式会社榎本マイクロポンプ製作所製、型番：ＣＭ−１５Ｗ−１２）で供給し、空気をファン７で供給（送風量：約０．０７ｍ３/ｍｉｎ、燃料電池内部での代表的な空気温度：約５０℃）しながら発電した結果、電池からの出力は１８Ｗが得られた。燃料ポンプの消費電力が１Ｗ、空気ファンの消費電力が２Ｗであったので、電池システムからの出力は１５Ｗが得られた。この時の電池システムの体積は約４５５ｃｍ３であるので、体積あたりの出力密度は約３３Ｗ/Ｌであった。
【００５８】
実施例２では実施例１に比べて、パネル構造（面内方向に複数の単電池を配置）をとったため、電池システムの設置場所によって実施例１とは違った形態でも適用できることを確認した。
【実施例３】
【００５９】
（燃料電池の構成部品の作製）
図１１は、実施例３に係る燃料電池に使用する集電板の構造を示す概略図である。集電板２５は、７３ｍｍ×１７０ｍｍのチタン板（板厚０．１ｍｍ）を用いて実施例１と同様に作製した。６５ｍｍ×４６ｍｍの集電部を１０ｍｍ間隔で３つ設けた。
【００６０】
図１２は、実施例３に係る燃料電池に使用する流路部材の構造を示す概略図であり、（ａ）は、空気極流路部材を示し、（ｂ）は、燃料極流路部材を示す。また、図１３は、図１１および図１２に記載の電池部材を重ねた様子を示す図であり、（ａ）は、集電板と空気極流路部材とを重ねた状態を示し、（ｂ）は、集電板と燃料極流路部材とを重ねた状態を示す。
【００６１】
空気極流路部材２２は、７３ｍｍ×１９０ｍｍ×１．５ｍｍのポリフェニルサルフェート（ＰＰＳ）を用いて、図１２（ａ）に示すように、燃料通過用のマニホールド部（供給）２２Ａ１，マニホールド部（排出）２２Ａ２を長方形の短辺側の端部にそれぞれ形成し、短辺と平行に流路部２２Ｂ（流路部２２Ｂの幅（図１２（ａ）で上下方向）は２ｍｍ）とリブ部２２Ｃ（リブ部２２Ｃの幅（図１２（ａ）で上下方向）は２．６ｍｍ）とを交互に切削加工により形成した。流路部２２Ｂは、貫通部２２Ｂ１と貫通部２２Ｂ１に通じる開口部２２Ｂ２（開口部２２Ｂ２の溝深さ（図１２（ａ）で紙面奥行方向）は１ｍｍ）とから構成される。貫通部２２Ｂ１は長辺が６５ｍｍとなるように長方形状に形成した（貫通部２２Ｂ１の溝深さ（空気極流路部材２２の厚みで、図１２（ａ）で紙面奥行方向）は１．５ｍｍ）。
【００６２】
燃料極流路部材２３は、同様に７３ｍｍ×１９０ｍｍ×１．５ｍｍのＰＰＳを用いて、燃料の出入口となるマニホールド部（供給）２３Ａ１，マニホールド部（排出）２３Ａ２を長方形の短辺側の端部にそれぞれ形成し、長辺方向に蛇行する（長い直線部分が短辺に平行な）流路部２３Ｂおよびマニホールド部２３Ａ１，２３Ａ２に通じる燃料供給口２３Ｄ１と燃料排出口２３Ｄ２を切削加工により形成した。流路部２３Ｂは貫通孔とせずに、両表面に溝（溝幅６ｍｍずつ、溝深さ０．５ｍｍずつ、溝長さ５００ｍｍずつ）を形成することにより設けた。
【００６３】
図１３に示すように、集電板２５の貫通孔と、空気極流路部材２２の流路部２２Ｂおよび燃料極流路部材２３の流路部２３Ｂとができる限り広い面積にて対向するように設計・配置した。
【００６４】
（空気極流路部材の作製方法）
図１４は、空気極流路部材の構成部品を示す斜視図である。図１５は、図１４に示す空気極流路部材の構成部品を使用して作製した燃料電池の一部断面図である。実施例３の形状の空気極流路部材を作製するに際し、上記したように１つの部材を切削加工して作製するほか、第１空気極流路部材３９と第２空気極流路部材（図示せず）とを形成し、それぞれのリブ部同士が対向するようにこれらを貼り合わせることにより空気極流路部材を形成した（図１４では図１２とは流路部とリブ部の数（配置）が異なるものを示した）。流路部を形成する貫通部および開口部は、第１貫通部３２Ｂ１と第２貫通部（図示せず）、第１開口部３２Ｂ２と第２開口部（図示せず）、とからそれぞれ形成される。また、流路間のリブ部は、第１リブ部３２Ｃと第２リブ部（図示せず）とから形成される。
【００６５】
（燃料電池の作製）
作製した２枚の集電板２５の間に、高分子電解質膜（ナフィオン（登録商標））、触媒部（各触媒部のサイズは、それぞれ６５ｍｍ×４６ｍｍ）、及びガス拡散層の複合体からなるＭＥＡを挟み、集電板モジュールを作製した。
【００６６】
上述の空気極流路部材３２（第１空気極流路部材３９と第２空気極流路部材（図示せず）とを形成し、これらを貼り合わせることにより形成した空気極流路部材）の両側に、作製した集電板モジュールの空気極側を対向させて配置し、その外側に燃料極流路部材２３を配置した。さらにその外側に集電板モジュールの燃料極側を配置して、また外側に空気極流路部材３２をというように、空気極、及び燃料極を各々交互に同じ極を対向させて順番に、図１５に示すように、４層（４個の集電板モジュール）積層して全体で１２セルの燃料電池を作製した。なお、燃料極流路部材２３と集電板モジュールの燃料極との間、燃料極流路部材２３と空気極流路部材３２との間には、シール部材を介在させた。本電池での空気極同士の距離（空気極流路部材３２の厚み）は３ｍｍで、燃料極同士の距離（燃料極流路部材２３の厚み）は１．５ｍｍであり、１２セルを直列接続した電池の厚みは、約１７．５ｍｍとなった。
【００６７】
燃料電池全体を実施例１と同様な筐体６で覆い、その端部には空気ファン７（山洋電気株式会社製、型番：１０９ＢＣ１２ＨＡ７）を設置した。
【００６８】
（燃料電池の評価）
この燃料電池にメタノール（３質量％）燃料をポンプ（株式会社榎本マイクロポンプ製作所製、型番：ＣＭ−１５Ｗ−１２）で供給し、空気をファン７で供給（送風量：約０．０７ｍ３/ｍｉｎ、燃料電池内部での代表的な空気温度：約５０℃）しながら発電した結果、電池からの出力は１８．５Ｗが得られた。燃料ポンプの消費電力が１Ｗ、空気ファンの消費電力が２Ｗであったので、電池システムからの出力は１５．５Ｗが得られた。この時の電池システムの体積は約４００ｃｍ３であるので、体積あたりの出力密度は約３９Ｗ/Ｌであった。
【実施例４】
【００６９】
（流路部材の作製）
図１９は、実施例４に係る燃料電池に使用する第１空気極流路部材４２の構造を示す概略図である。第１空気極流路部材４２は、８３ｍｍ×２０４ｍｍ×１．５ｍｍのポリフェニルサルフェート（ＰＰＳ）を用いた。実施例３と同様に、長方形の短辺側の端部にそれぞれ燃料通過用の供給マニホールド部（図示せず）、排出マニホールド部（図示せず）を切削加工により形成した。また、図１９に示すように、短辺と平行に流路部４２Ｂ（流路部４２Ｂの幅（図１９で上下方向）は２ｍｍ、長さ（図１９で左右方向）は８３ｍｍ）とリブ部４２Ｃ（リブ部４２Ｃの幅（図１９で上下方向）は２ｍｍ）とを交互に合計３０ｍｍ（流路部４２Ｂが８、リブ部４２Ｃが７）を５セット分形成した（セット間ピッチは３７ｍｍ）。流路部４２Ｂは、貫通部４２Ｂ１と貫通部４２Ｂ１に通じる開口部４２Ｂ２（開口部４２Ｂ２の溝深さ（図１９で紙面奥行方向）は１ｍｍ）および連通部４２Ｂ３（連通部４２Ｂ３の溝深さ（図１９で紙面奥行方向）は１ｍｍ）とから構成される。貫通部４２Ｂ１は長辺が３０ｍｍとなるように長方形状に形成した（貫通部４２Ｂ１の溝深さ（空気極流路部材４２の厚みで、図１９で紙面奥行方向）は１．５ｍｍ）。
【００７０】
実施例４で用いた空気極流路部材５２は、実施例３と同様に、上述の第１空気極流路部材４２と第２空気極流路部材（図示せず）とを形成し、それぞれのリブ部同士が対向するように貼り合わせることで形成した。
【００７１】
燃料極流路部材４３は、８３ｍｍ×２０４ｍｍ×１．５ｍｍのＰＰＳを用いて、実施例３と同様な形態に作製した。流路部４３Ｂは貫通孔とせずに、両表面に溝（溝幅８ｍｍずつ、溝深さ０．５ｍｍずつ、溝長さ５００ｍｍずつ）を形成することにより設けた。
【００７２】
（燃料電池の作製）
図２０は、実施例４に係る燃料電池の作製過程の一部を、実施例２と同様に、模式的に示した工程図である。
【００７３】
本実施例では、図２０（ａ）に示したように、集電板の配置を縦に５個ずつ４ブロック分（２５ａ〜２５ｄ）が隣り合うように配置し、これら集電板（２５ａと２５ｂ、２５ｃと２５ｄ）から形成される単電池１０個がそれぞれ直列に接続されるような集電配線２５Ｄがなされた集電板（集電板の集合体）２５を作製した。
【００７４】
まず、図２０（ａ）に示したような、短辺（図２０で左右方向）１６６ｍｍ、長辺（図２０で上下方向）１８４ｍｍ、板厚０．１ｍｍのチタン板を用い、導電性表面処理（例えば、特開平１０−２２８９１４号公報に開示された表面処理）を施した後、この両面に厚さ０．０３５ｍｍのポリイミドシート５Ｂを貼り合せた。貼り付けたポリイミドシート５Ｂの片面について、電気的に導通するように各集電板の周縁部以外の部分のポリイミドシート５Ｂを除去して集電部（集電部２５Ａのサイズは３０ｍｍ×３０ｍｍ）を形成した。
【００７５】
また、集電部の片面（反対面）に貼り付けられているポリイミドシート５Ｂも貫通する多数（図２０では、５個×８個×図の上下方向に５セット×図の左右方向に４ブロック）の貫通孔を集電部にあけた。個々の貫通孔は２ｍｍ×４ｍｍとした。
【００７６】
作製した集電板２５を構成する集電板２５ｂ、２５ｃの上に、高分子電解質膜（ナフィオン（登録商標））、触媒部（各触媒部のサイズは、それぞれ３０ｍｍ×３０ｍｍ）、及びガス拡散層の複合体からなるＭＥＡ２４をそれぞれ載せて集電板２５ａ、２５ｄを図２０（ａ）の紙面の手前側へ折り返してＭＥＡ２４を挟み、図２０（ｂ）に示す集電板モジュール２８を作製した。
【００７７】
続いて、２個の集電板モジュール２８を用いてそれぞれの空気極側を内側にして、空気極流路部材５２を挟み込むように両脇を揃えて重ねた（図２０（ｃ）は、重ね合わせる様子を模式的に表している）。この外側に、実施例３と同様に、燃料極流路部材４３（図示されず）を配置し、さらにその外側に集電板モジュール２８の燃料極側を配置し、さらにその外側に空気極流路部材５２をというように、空気極、及び燃料極を各々交互に同じ極を対向させて順番に、集電板モジュールを４層積層して全体で４０セルの燃料電池を作製した。なお、燃料極流路部材４３と集電板モジュール２８の燃料極との間、および燃料極流路部材４３と空気極流路部材５２の間には、シール部材を介在させた。
【００７８】
本電池での空気極同士の距離（空気極流路部材５２の厚み）は３ｍｍで、燃料極同士の距離（燃料極流路部材４３の厚み）は１．５ｍｍであり、４０セルを積層（直列接続）した電池の厚みは、約２２ｍｍとなった。
【００７９】
燃料電池全体を実施例１と同様な筐体６で覆い、その端部には空気ファン７（山洋電気株式会社製、型番：１０９ＢＣ１２ＨＡ７）を設置した。
【００８０】
（燃料電池の評価）
この燃料電池にメタノール（３質量％）燃料をポンプ（株式会社榎本マイクロポンプ製作所製、型番：ＣＭ−１５Ｗ−１２）で供給し、空気をファン７で供給（送風量：約０．０７ｍ３/ｍｉｎ、燃料電池内部での代表的な空気温度：約５０℃）しながら発電した結果、電池からの出力は２１．５Ｗが得られた。燃料ポンプの消費電力が１Ｗ、空気ファンの消費電力が２Ｗであったので、電池システムからの出力は１８．５Ｗが得られた。この時の電池システムの体積は約５２０ｃｍ３であるので、体積あたりの出力密度は約３６Ｗ/Ｌであった。
【比較例１および比較例２】
【００８１】
（燃料電池の作製）
実施例１と同じ集電板５を作製した。作製した２枚の集電板５の間に高分子電解質膜（ナフィオン（登録商標））、触媒部、及びガス拡散層の複合体からなるＭＥＡ４を集電部５Ａで挟み燃料電池の最小単位である、単電池１を形成した。
【００８２】
次に、図５に示すような空気極流路部材２’（比較例１）、２”（比較例２）および燃料極流路部材３を、アクリルを用いて作製した。このとき、空気極流路部材の流路部２Ｂの深さ（空気極流路部材２’、２”の厚み）が０．５ｍｍ（比較例１）と１ｍｍ（比較例２）を用意した。その他の仕様（流路部２Ｂの幅（図５（ａ）で上下方向）、流路部２Ｂの長さ（図５（ａ）で左右方向）、流路部２Ｂのピッチ、空気極流路部材２’、２”の１枚あたりの流路部２Ｂの数）は、実施例１と同じにした。また、燃料極流路部材３は、実施例１の場合と同じ仕様のものを用意した。
【００８３】
作製した単電池１、空気極流路部材２’（比較例１）および燃料極流路部材３を用いて、実施例１と同様の手順で図１に示すような２０個の単電池１を積層した燃料電池１０Ａ（比較例１）を作製した。また、作製した単電池１、空気極流路部材２”（比較例２）および燃料極流路部材３を用いて、実施例１と同様の手順で図１に示すような２０個の単電池１を積層した燃料電池１０Ｂ（比較例２）を作製した。なお、それぞれの比較例において、燃料極流路部材３と単電池１の燃料極との間、燃料極流路部材３と空気極流路部材２’（比較例１）の間、および燃料極流路部材３と空気極流路部材２”（比較例２）の間には、シール部材を介在させた。比較例１の電池の厚みは、約３７ｍｍ、比較例２の電池の厚みは、約４２ｍｍとなった。
【００８４】
作製した燃料電池１０Ａ（比較例１）、１０Ｂ（比較例２）をそれぞれ図７に示すような筐体６で覆い、その端部には空気ファン７（山洋電気株式会社製、型番：１０９ＢＣ１２ＨＡ７）を設置した。
【００８５】
（燃料電池の評価）
これら燃料電池１０Ａ（比較例１）、１０Ｂ（比較例２）にメタノール（３質量％）燃料をポンプ（株式会社榎本マイクロポンプ製作所製、型番：ＣＭ−１５Ｗ−１２）で供給し、空気を空気ファン７で供給しながら発電試験を行った。結果として、燃料電池１０Ａ（比較例１）においては、発電開始の極初期に約５Ｗの出力が得られたが、その後、急激に出力が低下してほぼゼロになった。また、燃料電池１０Ｂ（比較例２）においては、発電開始の極初期に約８Ｗの出力が得られたが、その後、急激に低下して定常的な出力が約３．５Ｗになった。燃料ポンプの消費電力が１Ｗ、空気ファンの消費電力が２．２Ｗであったので、電池システムからの出力は殆どゼロに近かった。
【比較例３】
【００８６】
（燃料電池の作製）
実施例２と同じ集電板（集電板の集合体）１５を用意し、実施例２と同じ手順で（ＭＥＡ１４を集電板の集合体１５で挟んで）集電板モジュール１８を作製した。
【００８７】
次に、実施例２と同じ燃料極流路部材３、および実施例２と類似の空気極流路部材２’’’を、アクリルを用いて作製した。空気極流路部材の流路部２Ｂの深さ（空気極流路部材２’’’の厚み）は１ｍｍとした。その他の仕様（流路部２Ｂの幅、流路部２Ｂの長さ、流路部２Ｂのピッチ、空気極流路部材２’’’の１枚あたりの流路部２Ｂの数）は、実施例２と同じにした。
【００８８】
作製した集電板モジュール１８、空気極流路部材２’’’および燃料極流路部材３を用いて、実施例２と同様の手順で、４層積層して全体で２０セルの燃料電池１０Ｃ（比較例３）を作製した。本電池での空気極同士の距離（空気極流路部材２’’’の厚み）は１ｍｍで、燃料極同士の距離（燃料極流路部材３の厚み）は０．５ｍｍであり、２０セルを積層（直列接続）した電池の厚みは、約９．５ｍｍとなった。
【００８９】
燃料電池全体を実施例２と同様な筐体６で覆い、その端部には空気ファン７（山洋電気株式会社製、型番：１０９ＢＣ１２ＨＡ７）を設置した。
【００９０】
（燃料電池の評価）
この燃料電池１０Ｃ（比較例３）にメタノール（３質量％）燃料をポンプ（株式会社榎本マイクロポンプ製作所製、型番：ＣＭ−１５Ｗ−１２）で供給し、空気を空気ファン７で供給しながら発電試験を行った。結果として、発電開始の初期に１７．６Ｗの出力が得られたが、数分後から徐々に出力が低下していき、最終的に５〜１０Ｗで変動する不安定な出力挙動となった。
【００９１】
これら比較例１〜３の結果は、発電に伴う生成水による空気極流路の閉塞、空気極流路の断面積の減少、および低消費電力の空気ファンの利用（一般的に、低消費電力の空気ファンは、静圧が小さい）という要因が複合的に影響したものと考えられる。言い換えると、発電中における空気極流路（酸化剤ガス流路）での圧力損失を低減し、消費電力の小さい供給装置（例えば、空気ファン）の利用で高い発電出力を可能とする本発明の目的を達成するためには、対向する空気極（酸化剤極）同士の間隔が１．２ｍｍ以上（より好ましくは１．５ｍｍ以上）であり、かつ空気極流路の断面積が１．２ｍｍ２以上であることが好ましい（より好ましくは１．５ｍｍ２以上）と言える。
【００９２】
なお、本発明は、上記実施の形態および実施例に限定されず、その要旨を変更しない範囲内で種々な変形が可能である。例えば、ＤＭＦＣの場合について説明したが、水素ガスを燃料に用いたＰＥＦＣの場合にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池の構造を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る燃料電池の積層状態を示す概念図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る燃料電池を構成する単電池の構造を示す概略図である。
【図４】本発明の実施の形態における単電池を構成する集電板の構造を示す概略図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る燃料電池を構成する流路部材の構造を示す概略図であり、（ａ）は空気極流路部材、（ｂ）は燃料極流路部材を示す図である。
【図６】図４および図５に記載の電池部材を重ねた様子を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態の燃料電池の使用態様の具体例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態の燃料電池における燃料移動方向の１例を示す断面模式図である。
【図９】実施例２に係る燃料電池に使用する集電板の構造を示す概略図である。
【図１０】実施例２に係る燃料電池の作製過程の一部を示す工程図である。
【図１１】実施例３に係る燃料電池に使用する集電板の構造を示す概略図である。
【図１２】実施例３に係る燃料電池に使用する流路部材の構造を示す概略図であり、（ａ）は空気極流路部材、（ｂ）は燃料極流路部材を示す図である。
【図１３】図１１および図１２に記載の電池部材を重ねた様子を示す図であり、（ａ）は集電板と空気極流路部材とを重ねた状態、（ｂ）は集電板と燃料極流路部材とを重ねた状態を示す図である。
【図１４】空気極流路部材の構成部品を示す斜視図である。
【図１５】図１４に示す空気極流路部材の構成部品を使用して作製した燃料電池の一部断面図である。
【図１６】ダイレクトメタノール型燃料電池(ＤＭＦＣ)の発電原理図である。
【図１７】従来の燃料電池（ＤＭＦＣ）セルの構成を示す概略図である。
【図１８】従来の燃料電池の積層状態を示す概念図である。
【図１９】実施例４に係る燃料電池に使用する第１空気極流路部材の構造を示す概略図である。
【図２０】実施例４に係る燃料電池の作製過程の一部を模式的に示した工程図である。
【符号の説明】
【００９４】
１：単電池
２：空気極流路部材
２Ａ１，２Ａ２       ：マニホールド部、２Ｂ：流路部
３：燃料極流路部材
３Ａ１，３Ａ２：マニホールド部、３Ｂ：流路部、３Ｃ：連通路
４，２４：ＭＥＡ
５：集電板
５Ａ：金属板（集電部）、５Ｂ：絶縁シート（ポリイミドシート）、５Ｃ：貫通孔
６：筐体
７：空気ファン
１０：燃料電池
１５：集電板
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ：集電板
１５Ａ，２５Ａ：金属板（集電部）、１５Ｂ：絶縁シート（ポリイミドシート）
１５Ｃ：貫通孔、１５Ｄ，２５Ｄ：集電配線、１５Ｅ：貫通孔
１８，２８：集電板モジュール
２２：空気極流路部材
２２Ａ１，２２Ａ２：マニホールド部
２２Ｂ：流路部、２２Ｂ１：貫通部、２２Ｂ２：開口部、２２Ｃ：リブ部
２３：燃料極流路部材
２３Ａ１，２３Ａ２：マニホールド部
２３Ｂ：流路部、２３Ｄ１：燃料供給口、２３Ｄ２：燃料排出口
２５：集電板
３１：単電池
３２，５２：空気極流路部材
３２Ｂ１：第１貫通部、３２Ｂ２：第１開口部、３２Ｃ：第１リブ部
３９、４２：第１空気極流路部材
４２Ｂ：流路部、４２Ｂ１：貫通部、４２Ｂ２：開口部、４２Ｂ３：連通部、４２Ｃ：リブ部
１０１：燃料電池セル
１１０：固体高分子電解質膜
１１１：燃料極
１１２：空気極
１１３：ＭＥＡ
１１４：燃料流路
１１５，１１７：金属セパレータ
１１６：空気流路
１１８，１１９：ガスケット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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